idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
12.07.2018 09:54

Wie Lichtrezeptoren das Verhalten von Blitzlichtfischen steuern

Dr. Julia Weiler Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

    Bislang unbekannte Proteinkomponenten von Sehpigmenten haben Biologen der Ruhr-Universität Bochum in biolumineszenten Blitzlichtfischen entdeckt. Die sogenannten Opsine ermöglichen es Tieren, Licht einer definierten Wellenlänge wahrzunehmen. Wie die in der Zeitschrift „Plos One“ vom 11. Juli 2018 veröffentlichte Studie zeigt, sind die neu entdeckten Opsine der Blitzlichtfische darauf geeicht, Licht mit der Wellenlänge ihrer eigenen Biolumineszenz wahrzunehmen. Die Studie ergab auch, dass Licht dieser Wellenlänge das Verhalten der Tiere steuern kann.

    „Dabei handelt es sich um eine bislang unbekannte evolutionäre Anpassung“, folgern die Autoren. Sie nutzten eine Kombination aus elektrophysiologischen und genetischen Analysen mit Verhaltensexperimenten. Für den interdisziplinären Versuchsansatz kooperierten die Bochumer Molekularbiologin Dr. Melanie Mark, die Zoologen Dr. Jens Hellinger und Dr. Marcel Donner, der Physiologe und Optogenetiker Prof. Dr. Stefan Herlitze und Privatdozentin Dr. Minou Nowrousian und Prof. Dr. Ulrich Kück aus der Genetik.

    Zwei Sehpigmente entdeckt

    Obwohl Biolumineszenz, vor allem bei marinen Organismen, weit verbreitet ist, ist bislang unverstanden, welche physiologischen Prozesse sie auslöst und wie sie das Verhalten der Lebewesen beeinflusst. Der Blitzlichtfisch Anomalops katoptron jagt nachts im flachen Wasser von Korallenriffen nach Plankton und zieht sich tagsüber bis zu 400 Meter tief in Unterwasserhöhlen zurück. Unter seinen Augen besitzt er Leuchtorgane, mit denen er blaues Licht mit einer Wellenlänge von 490 Nanometern erzeugt und die er zur Futtersuche nutzt.

    Das Team analysierte die genaue Zusammensetzung der Netzhaut von Blitzlichtfischen und fand dabei zwei Sehpigmente, deren Proteinsequenz ähnlich zu der des Rhodopsins von Säugetieren ist. Beide reagierten bevorzugt auf blaues Licht im Bereich von 485 bis 490 Nanometern – also genau in dem Bereich ihrer eigenen Lumineszenz.

    Fische bei Fütterung konditioniert

    Im nächsten Schritt analysierte die Gruppe, ob Anomalops katoptron sein Verhalten abhängig von blauem Licht anpassen kann. Sie konditionierten acht Blitzlichtfische, sodass diese nach einem Lichtreiz erwarteten, Futter zu bekommen. „Wir haben die Fische in Dunkelheit gehalten und zum Füttern eine Rotlicht-Taschenlampe angeschaltet“, erzählt Jens Hellinger. „Ursprünglich dachten wir, die Fische könnten dieses Licht gar nicht wahrnehmen.“ Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher jedoch fest, dass sich die Tiere nach Einschalten des Lichts zur Futterstelle bewegten, noch bevor es tatsächlich Futter gab.

    Diesem Phänomen ging die Gruppe genauer auf den Grund. Sie testeten, ob die Fische das konditionierte Verhalten bei Lichtreizen mit verschiedenen Wellenlängen zeigten. Dabei verwendeten sie eine viel schwächere Lichtintensität, als die Taschenlampe hatte, die sie zum Füttern genutzt hatten. Anomalops katoptron reagierte nur auf schwaches Blaulicht, aber nicht auf schwaches Rotlicht.

    Angepasst an Sternenlicht und Lumineszenz

    „Das Sehsystem der Blitzlichtfische scheint darauf angepasst zu sein, Sternenlicht und Licht mit der Wellenlänge der eigenen Biolumineszenz wahrzunehmen – und darauf basierend das eigene Verhalten ändern zu können“, resümiert Stefan Herlitze. „Das offenbart eine völlig neue Funktion der Biolumineszenz bei Fischen.“

    Biolumineszenz

    Bei der Biolumineszenz wird durch einen chemischen Prozess frei werdende Energie als Licht abgegeben. Das Phänomen findet sich bei unterschiedlichsten Organismen, zum Beispiel bei Bakterien, Pilzen, Insekten oder auch Wirbeltieren. Die Biolumineszenz wird oft in besonderen Zellorganellen oder Leuchtorganen gebildet. Letztere finden sich zum Beispiel bei vielen Fischen der Tiefsee, bei denen symbiontische Bakterien die Lichtsignale erzeugen.

    Förderung

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen der Grants mit den Nummern MA5806/1-2 und MA5806/2-1 für Melanie Mark, und NO 407/7-1 für Minou Nowrousian sowie im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1926 (Projektnummer He2471/18-1). Autor Marcel Donner erhielt außerdem eine Unterstützung der Hans-Böckler-Stiftung.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Prof. Dr. Stefan Herlitze
    Allgemeine Zoologie und Neurobiologie
    Fakultät für Biologie und Biotechnologie
    Ruhr-Universität Bochum
    Tel.: 0234 32 24363
    E-Mail: stefan.herlitze@rub.de


    Originalpublikation:

    Melanie D. Mark, Marcel Donner, Dennis Eickelbeck, Jennifer Stepien, Minou Nowrousian, Ulrich Kück, Frank Paris, Jens Hellinger, Stefan Herlitze: Visual tuning in the flashlight fish Anomalops katoptron to detect blue, bioluminescent light, in: PLOS ONE, 2018 DOI: 10.1371/journal.pone.0198765, http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0198765


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Biologie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


    Der Blitzlichtfisch lebt in Schwärmen im Pazifischen Ozean in einer Tiefe von bis zu 400 Metern.


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay